Было обнаружено, что у человека при тех или иных повреждениях головного мозга могут страдать одни, но не другие формы памяти. Например, при повреждении структуры мозга, которая называется гиппокамп, у человека нарушается возможность запоминать новую информацию, нарушается память о нескольких годах, предшествующих этому повреждению, но удивительным образом сохраняются многие способности вырабатывать навыки. И тогда у таких пациентов, возникает странное состояние, когда они учатся каким-то вещам, но абсолютно не помнят, что они приобретали эти навыки.
Оказалось, что те методы, которые были использованы для изучения молекулярной биологии памяти, подходят для того, чтобы визуализировать след памяти в целом мозге. Потому что работа генов в момент запоминания происходит только в отдельных клетках. Ранее казалось, что после того, как память перешла в долговременное хранилище, и произошел всплеск работы генома, она фиксирована. И последующие воздействия на мозг не способны каким-то образом изменить или стереть, или повлиять на старую память, она стабильно хранится теперь в сетях дифференцировавшихся нейронов. Однако, неожиданным фактом оказалось, что в мозге в момент извлечения старой памяти активируются очень похожие молекулярные механизмы, похожие на те, которые активируются в момент запоминания.
Исследования нейробиологии последних лет показывают, что это не только каждое следующее извлечение памяти, это активная реконструкция версий того, что было, но и перезапись новой версии, которая может подавлять или угашать предыдущую. Процесс, который получил название «реконсолидация памяти».
в огромной функциональной системе из клеток, которая стоит за каждым следом нашей памяти. На самом деле, в такой след вовлечены десятки других структур, которые образуют единое целое, и количество нейронов может достигать десятков и сотни миллионов. Кстати Фрейд ещё в конце позапрошлого века писал своему другу Флису в одном из писем: «Как ты знаешь, я сейчас работаю над новой теорией памяти, согласно которой, память – это ни что-то раз данное и навеки закрепленное, а меняющееся при каждом извлечении.
Среди ведущих специалистов в области исследования памяти долго не разрешался вопрос: нарушения памяти связаны с тем, что она теряется в мозге или с тем, что теряется способность просто доступа к этой памяти? Большинство интуитивно склонялись ко второй версии ответа. И только в 2016 году, во время исследований памяти в Кембриджском университете было установлено, что мыши, страдающие болезнью Альцгеймера, по-прежнему формируют воспоминания, но не способны извлечь их из памяти. В нейробиологических исследованиях памяти принято разделять вопрос о механизмах памяти на три проблемы:
– как память формируется в мозге? – как память хранится в мозге на протяжении многих лет? – как память избирательно извлекается, когда это необходимо? И здесь исследования за последние несколько десятков лет перешли от наблюдения за поведением в момент формирования памяти у человека, у животных, к приборной фиксации того, как память хранится за счет работы генома нервных клеток?
Память в момент запоминания, проходит две фазы. Первая – это короткая фаза в течение первых минут после получения новой информации, где мы способны хранить почти всю полученную информацию. Затем происходит резкое уменьшение объема запомнившейся информации, но оставшаяся после этого периода информация хранится очень долго. Если в момент запоминания и перехода от кратковременной в долговременную память человеку дается новая задача, которую он должен запомнить, то эта новая задача мешает запоминанию старой информации. У животных все то же самое, начиная от приматов, и кончая беспозвоночными, например, виноградными улитками. Это обстоятельство дало новую гипотезу: то, что хранится в течение длительного времени как информация в клетках организма, должно быть связано со способами хранения генетической информации, потому что белки разрушаются очень быстро. Значит, должны происходить какие-то изменения в активности геномов, которые связаны с ДНК нервных клеток и изменениями ее свойств.
И здесь было важно выяснить, что за гены включаются в нервных клетках, что запускает их в момент обучения, и каковы их функции? Каким образом это переходит в то, что мы способны ощущать сами как наш субъективный опыт?
Помогла их найти гипотеза, что процессы, происходящие в мозге в момент формирования нового опыта, может быть, вовлекают те же клеточные принципы и механизмы, которые вовлекаются в процессы развития нервной системы, установление связей и дифференцировкой клеток? После множества экспериментов выяснилось: да – нейрон перестраивает программу своей работы под влиянием ситуации обучения.
Оказалось, что формирование памяти проходит как бы две фазы синтеза белка и экспрессии генов. Первая – это сразу после обучения, когда активируются так называемые ранние гены. Но, вслед за этим существует вторая волна активации после действия продуктов ранних генов на геном. Так называемые поздние гены. Один из пионеров в этих исследованиях, американский нейробиолог Эрик Кандель (сын эмигрантов, родившихся в городе Коломыя в Галиции) получил Нобелевскую премию за расшифровку этого каскада ещё в 2000 году. В последние годы продолжились не менее удивительные открытия. Так у многих видов живого были обнаружены «универсальные» гены, которые управляют процессами в эмбриогенезе, а затем – процессами запоминания. Немалый вклад в разгадку этих секретов Природы внесли российские исследователи, в том числе академик К.В.Анохин, предложивший понятие когнитом для обозначения направления – попытки формирования единой теории разума.
Вообще то, память это только один из режимов работы мозга, свойство больших систем функциональных нервных клеток. И здесь есть несколько особенностей памяти, в том числе личностно-эмоциональная – ведь наши воспоминания прошлого дороги нам, как память о прошлых событиях. Но для эволюции, вырабатывавшей способность к обучению и запечатлению в памяти этих адаптационных уроков, судьбоносным является другой вопрос. Память могла возникнуть и развиться в эволюции живого, если только она приносила пользу для будущего поведения. Именно это объясняет так поразившую вначале исследователей особенность: при каждом воспоминании какого либо фрагмента в памяти происходит перезапись этой информации с адаптационным «дописыванием новостей» именно по этому сюжету.
Исследования показывают: несмотря на многовековую традицию обращения к памяти, как к отпечаткам прошлого, более внимательный анализ показывает, что память имеет, прежде всего, проспективные функции, что опыт прошлого используется для того, чтобы планировать и воображать будущее. И пациенты с нарушениями памяти, оказывается, также не способные вообразить себе новые картины, спланировать будущее, как они не способны вспомнить свое прошлое. Когда им, например, предлагают представить себя на берегу моря, на пляже с шелестом волн, под лучами жаркого южного солнца они не способны представить себе эту картину. Оказывается, что способности к каким-то фантазиям и, вообще, к проецированиям чего-то будущего при повреждении гиппокампа страдают так же глубоко, как способность запомнить что-то новое или вспомнить прошлое.
Следуя новой научно-популярной традиции сравнения мозга человека с ЭВМ, можно сказать – мы рождаемся с мощнейшим компьютером в голове. Но в новый компьютер необходимо установить программы. Многие программы в нём уже стоят, а какие-то вы устанавливаете в процессе обучения, общения с другими людьми, получения так называемого жизненного опыта. Мозг всё это суммирует и фильтрует. При этом нейронная сеть мозга – динамическая, она постоянно меняется и заполняется. Каждую долю секунды, в зависимости от фиксации всех наших органов чувств, эмоций, мыслей, на ней пишется новая информация. Причём там места хватит на всё. Потенциальный объем памяти: в одних только некодирующих участках ДНК только одной клетки можно сохранить почти гигабайт информации. В мозге около 3 миллиардов нейронов, значит гипотетически, используя «лишние» участки молекул ДНК, можно записать три миллиарда гигабайт – это три эксабайта. Для сравнения: вся информация, которую хранил Facebook в 2015 году, занимала около 300 петабайт, то есть в десять раз меньше. Причём обработка информации внутри клетки на молекулярном уровне, если судить по тому, как это устроено в ДНК, требует совсем мало энергии. Это последние нейрофизиологические констатации. А треть века назад, когда я рассказал своему научному «опекуну» С.В.Мейену (интересовавшемуся проблемами сознания) о фиксации в мозге абсолютно всех обстоятельств текущей жизни, он мне не поверил. «Что и все мигания ресниц в течение жизни фиксируются?»– недоверчиво переспросил он. Я не был тогда уверен про фиксацию всех миганий и сослался на безусловные, пожизненные следы в памяти от болезненных миганий при соринке в глазу. Теперь я знаю, насколько конечна наша память: пока множество экспериментальных попыток определить объем и пределы памяти не приводили к предельным показателям. Так в одном из экспериментов канадского психолога Стенлинга, исследовалось, сколько лиц способны запомнить испытуемые студенты. Им показывали разные фотографии с коротким интервалом, а потом, через некоторые время, показывая две фотографии, просили узнать, какая из них показывалась, а какая является новой? Оказалось, что точность воспроизведения высока и не зависит от объема, то есть, всё было ограничено только утомляемостью студентов. До 12 тысяч фотографий воспроизводилось с точностью до 80 процентов.
